[发明专利]一种电力系统的连续长时间稳定运行的混合实时仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统的连续长时间稳定运行的混合实时仿真方法，属于电力系统暂态仿真技术领域。

背景技术

电力系统的暂态行为和过程所包含的电磁暂态过程和机电暂态过程，二者有机结合，是一个连续的过程，难以截然分离，在现代电力系统中这些暂态过程的耦合更加紧密。电力系统中电磁暂态过程和机电暂态过程是同时发生并相互影响的，如果能将二者结合起来统一考虑，则不但有助于了解大系统暂态稳定过程的动态特性，而且有助于了解大系统中某一特定部分的暂态变化过程。特别是当系统中存在电力电子设备或直流系统时，如果能将电力电子设备或直流系统用电磁暂态模型模拟，而将与其相连的网络用机电暂态模型模拟，对于直流系统而言，直流多落点系统的稳定性、换相失败、直流控制与保护以及交直流相互作用等问题都将得到详细、准确的分析；而关于电力电子设备对系统的影响和作用及其控制策略的研究也将登上一个新的台阶。

混合实时仿真在进行对象系统的暂态或动态过程模拟之前，首先需要解决的问题有：

(1)仿真快速平稳启动到稳定状态后，方可进行后续暂态过程的仿真。对混合实时仿真，稳态平启动还需考虑闭环扰动：在电磁、机电暂态两侧系统分别达到稳态后闭环，若两侧系统在接口处的初始稳定状态不一致或不相匹配，则混合实时仿真闭环后在接口位置会对两侧系统造成扰动，进一步延长了仿真系统进入稳态的时间。

(2)仿真系统达到稳定状态后，仿真平台能否长时间稳态运行，即闭环后混合实时仿真交互计算是否稳定。混合实时仿真在接口交互过程中引入的扰动、模型求解中数值扰动、仿真对象系统中出现的物理过程的扰动等，加之非迭代交互方式下两侧仿真计算的接口边界条件固有的1~2个交互步长的延时，都会对仿真长时间的稳态运行造成困难，因此务必考虑扰动下混合实时仿真交互计算系统自身的稳定性，避免不稳的交互计算过程影响仿真对象暂态稳定性的模拟。

(3)故障/扰动后，若仿真对象系统经受住故障/扰动而逐渐恢复稳态，系统频率恢复额定值，则要求仿真能够再次回到准确的稳态运行点。应当考察对象系统故障/扰动前后的稳定状态中，混合实时仿真稳态误差如何，即交互计算过程是否会给仿真对象系统稳态的模拟带来误差。

上述混合实时仿真三方面的问题，直接决定了混合实时仿真能否有效运行。调研分析表明：混合实时仿真闭环交互计算系统自身客观存在稳定性问题和稳态误差、混合仿真稳态平启动等问题，但目前尚没有研究对其进行定量分析，更缺乏完善的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提出一种电力系统的连续长时间稳定运行的混合实时仿真方法，以提高混合实时仿真闭环交互计算系统的稳定性，降低计算系统的稳态误差，提高计算系统的稳定性，实现混合仿真稳态平启动。

本发明提出的电力系统的连续长时间稳定运行的混合实时仿真方法，包括以下步骤：

(1)为电力系统建立一个混合实时仿真交互计算系统，将电力系统从分网接口处分成电磁暂态侧系统和机电暂态侧系统，为上述混合实时仿真交互计算系统建立一个解析分析模型，该解析分析模型包括上述电磁暂态侧系统的第一仿真接口量交互与处理系统和第一端口响应模型以及上述机电暂态侧系统的第二仿真接口量交互与处理系统和第二端口响应模型；

(2)将上述解析分析模型的状态空间描述为其中x为混合实时仿真交互计算系统的状态量，y为混合实时仿真交互计算系统的输出量，A、B、C和D为状态空间描述系数矩阵，对矩阵A进行特征值分析，得到混合实时仿真交互计算系统的模态，若所有模态的阻尼比大于或等于设定值α，则确定混合仿真交互计算系统为稳定运行，若所有模态的阻尼比小于设定值α，则在第一仿真接口量交互与处理系统输出位置加入一阶惯性系统，该一阶惯性系统的频域表达式为其中T₁为时间常数设定值，T₁取值范围为5毫秒-20毫秒，α取值范围为5％-10％；

(3)分别对上述解析分析模型中的第一仿真接口量交互与处理系统的稳态增益β₁以及第二仿真接口量交互与处理系统的稳态增益β₂进行校验，若β₁＝1且β₂＝1，则混合实时仿真交互计算系统为无稳态误差状态，若β₁≠1，则在第一仿真接口量交互与处理系统的输出端即第一端口响应模型的输入端加入比例系数γ₁，若β₂≠1，则在第二仿真接口量交互与处理系统的输出端即第二端口响应模型的输入端加入比例系数γ₂，